VJEZBE

S v e u č i l i š t e

F a k u l t e t

u

s t r o j a r s t v a

Z a g r e b u

i

b r o d o g r a d n j e

Katedra za osnove konstruiranja

Znanost o konstruiranju Podloge za vježbe

Mario Štorga, Davor Pavlić, Neven Pavković, Zvonko Herold

Zagreb, 2002.

Znanost o konstruiranju ZNOK - podloge za vježbe

SADRŽAJ:

ZNAČAJKE PROCESA KONSTRUIRANJA .......................................................................3 ZAHTJEVI NA PROCES KONSTRUIRANJA SA STANOVIŠTA TEORIJE PROIZVODA ........4 KAKO KONSTRUKTOR RJEŠAVA ZADATAK? .................................................................4 MODEL PROCESA RJEŠAVANJA ZADATKA ....................................................................5 NAPREDOVANJE U PROCESU RJEŠAVANJA ZADATKA ..................................................6 STRUKTURA OPERACIJA U PROCESU KONSTRUIRANJA ..............................................7 OGRANIČENJA I ODLUKE U PROCESU KONSTRUIRANJA .............................................8 VRSTE ZADATAKA, ODNOSNO KONSTRUKCIJA............................................................9 MODELIRANJE PROCESA KONSTRUIRANJA ............................................................... 10 ZADATAK 1.: NAPRAVA ZA ZAKIVANJE OBLOGA ČELJUSNIH KOČNICA ..................... 16 RAŠČIŠĆAVANJE ZADATKA .......................................................................................................17

Razrada liste zahtjeva (konstrukcijska specifikacija)........................................17 Prepoznavanje problema ..............................................................................................17 Pronalaženje principa iz poznatih tehničkih rješenja ........................................17 Analiza problema .............................................................................................................17 Razmatranje mogućnosti realizacije ........................................................................18 Kompletiranje zahtjeva i postavljanje prioriteta .................................................18 Izrada potpune liste zahtjeva .....................................................................................18 Priprema i planiranje rješavanja problema ...........................................................20 Apstrakcija problema: «Black Box» .........................................................................21 Pronalaženje tehnoloških principa ............................................................................22 Definiranje tehničkog procesa ....................................................................................22 Djelovanje tehničkog sustava na tehnički proces...............................................23 Parcijalne funkcije ...........................................................................................................24 Funkcionalna struktura..................................................................................................24 Vrednovanje funkcionalne strukture ........................................................................25

TRAŽENJE PRINCIPA RJEŠENJA .................................................................................................26

Određivanje ulaza i izlaza za tehnički sustav .......................................................26 Morfološka matrica..........................................................................................................26 Kombiniranje nositelja funkcija i određivanje njihovih veza ..........................28 Pronalaženje mogućih varijanti rješenja ................................................................28 Vrednovanje mogućih varijanti rješenja.................................................................31 Najpovoljnija varijanta rješenja.................................................................................31

IZRADA GRUBIH SKICA ZA NAJPOVOLJNIJU VARIJANTU RJEŠENJA................................................32

Orijentacijski preduvjeti za određivanje oblika....................................................32 Definiranje grubog oblika i dimenzija......................................................................32 Određivanje materijala, tolerancija i kvalitete obrade površina...................33 Pronalaženje kritičnih područja oblika ....................................................................33

Katedra za osnove konstruiranja, CADLab

1


Crtanje grubih skica .......................................................................................................33 Vrednovanje grubih skica .............................................................................................35 Najpovoljnija gruba skica .............................................................................................35 IZRADA DETALJNE SKICE .........................................................................................................36

Proračun ..............................................................................................................................36 Konačna analiza pozicija...............................................................................................36 Konačno određivanje materijala, tolerancija i kvalitete obrade....................36 Optimiziranje kritičnih područja oblika ...................................................................36 Crtanje detaljne skice u mjerilu.................................................................................36 Analiza i vrednovanje detaljnih skica ......................................................................39 Konačna detaljna skica..................................................................................................39 Odobravanje rješenja i odluka o razradi ................................................................39

IZRADA TEHNIČKE DOKUMENTACIJE .........................................................................................40

Predstavljanje dovršenog tehničkog sistema .......................................................40

ZADATAK 2: NAPRAVA ZA BUŠENJE ..........................................................................41

Stupna bušilica .................................................................................................................42 UKUPNA FUNKCIJA ..................................................................................................................43 PODJELA NA PARCIJALNE FUNKCIJE ..........................................................................................43

U fazi koncipiranja slijedi:............................................................................................44

RAZVIJANJE PRINCIPA RJEŠENJA ..............................................................................................44

Principijelno rješenje PF1 (apstrakcija PF1)..........................................................44

RAZVIJANJE RJEŠENJA IZ PRINCIPA ..........................................................................................45

Principijelno rješenje PF2 (apstrakcija PF2)..........................................................47 Konkretizacija PF2 + PF1..............................................................................................49 Principijelno rješenje PF3 (apstrakcija PF3)..........................................................50 Principijelno rješenje PF4(apstrakcija PF4) ...........................................................50 Konkretizacija PF1 + PF2 + PF3 + PF4 ...................................................................51


2


ZNAČAJKE PROCESA KONSTRUIRANJA Konstrukcijski proces je u prvom redu proces prerade i generiranja informacija, gdje se na temelju ulaznih zahtjeva generira skup informacija koje opisuju proizvod. Konstrukcijski proces je sinteza relativno dobro poznatih elemenata u jednu jedinstvenu, otprije nepoznatu cjelinu sa zahtjevanim određenim svojstvima. Ta sinteza iziskuje kreativan, stvaralački rad. Iz toga proizlazi važna značajka procesa konstruiranja - čovjek mora kontrolirati proces, odnosno imati pretežan udio u obavljanju potrebnih radnji. S filozofskog gledišta proces konstruiranja je također i spoznajni proces: sustav na početku nepoznat - spoznaje se, odnosno postaje poznat. Na temelju toga može se reći da je spoznajna teorija također jedan izvor općih zakonitosti za proces konstruiranja. Konstruiranje se može promatrati i kao proces učenja. Svaki konstrukcijski zadatak može se riješiti na mnogo različitih načina, odnosno može rezultirati sa različitim strojnim sustavima ili sklopovima. Ta karakteristična mnogostrukost mogućih rješenja uvjetovana je količinom svojstava proizvoda koje se trebaju odrediti u postupku konstruiranja. Svaki proces konstruiranja može se razložiti u manje cjeline (faze, dijelove procesa, etape, operacije) koje čine strukturu procesa. Velika kompleksnost međusobno proturječnih zahtjeva dovodi do potrebe za višestrukim ponavljanjem određenih faza nakon početnog apstrahiranja i postavljanja pretpostavki - dok se ne odrede potrebne vrijednosti. Iterativni postupak je jedna od tipičnih značajki konstruiranja. Do sada pretežno samostalna djelatnost (u okviru zadatka), sve više se pretvara u timski rad u kojem se koriste prednosti većeg informacijskog kapaciteta i međusobne razmjene ideja i postupaka. Proces konstruiranja je vrlo zahtjevan kreativni rad, ali ne smije se promatrati kao umjetnost, nego kao znanstveni rad. Određeni misaoni postupci (intuicija, nastajanje ideje) koji se ne mogu racionalno objasniti imaju obilježja umjetničke kreativnosti. Ti postupci ne mogu se formalizirati u svrhu stvaranja cjelovitog teoretskog prikaza konstrukcijskog procesa.


3


ZAHTJEVI NA PROCES KONSTRUIRANJA SA STANOVIŠTA TEORIJE PROIZVODA nagli porast potreba uvjetovan tržišnim zakonitostima period razvoja proizvoda je sve kraći vijek trajanja proizvoda je sve kraći javlja se pojam kritične brzine konstruiranja raste količina proizvoda u serijskoj i masovnoj proizvodnji zahtjevi za kvalitetom također rastu troškovi proizvodnje i poslovanja se moraju svoditi na minimum najveći utjecaj na strukturu troškova proizvodnje ima konstrukcijsko rješenje proizvoda produktivnost tehnologije izrade produktivnosti konstruiranja

proizvoda

raste

daleko

brže

od

Iz navedenih značajki može se uočiti mnogostrukost upliva na proces konstruiranja, kompleksnost procesa, a i širina potrebnih znanja.

KAKO KONSTRUKTOR RJEŠAVA ZADATAK? Kako konstruktor razmišlja, koje postupke koristi, kako organizira proces, kako se uči konstruirati? Ne postoji univerzalni “recept” rješavanja konstrukcijskog zadatka (i/ili problema): 1. Jedini način da se nauči konstruiranje - je konstruirati. 2. U tijeku rješavanja zadatka konstruktor upotrebljava tri vrste znanja: a. znanje za generiranje ideja b. znanje za procjenu, prosuđivanje ideja c. znanje za strukturiranje procesa konstruiranja 3. Može se naučiti konstruirati kvalitetne proizvode, pod uvjetom da postoje određene predispozicije, te dovoljno iskustvo za generiranje i prosudbu ideja. 4. Konstruiranje treba učiti paralelno u akademskoj i industrijskoj okolini.


4


MODEL PROCESA RJEŠAVANJA ZADATKA akcije

strateško planiranje

operativno planiranje

rezultati vrijeme

Slika 1: Općeniti proces rješavanje zadatka

Akcije od strateškog prema operativnom planiranju promatraju se kao konkretizacija strateškog planiranja ("top-down" pristup). Akcije od razine rezultata prema operativnom planiranju promatraju se kao spontana analiza međurezultata ("bottom-up" pristup). Analiza rezultata može uzrokovati i modifikacije strateškog planiranja. Konstruktori prelaze sa razine strateškog planiranja na razinu operativnog planiranja u trenutku mijenjanja žarišta interesa. Na operativnoj razini razmatraju detaljnije i konkretnije planove. Akcije (kao rezultat takvih planova) vode do rezultata, koji mogu aktivirati slijedeći operativni plan sa daljnjim rezultatima. Povratak na stratešku razinu pojavljuje se u situacijama vanjskih interakcija ili teškoća na operativnoj razini. Alternacije između: apstraktnijih i konkretnijih razina cijelog sustava i detalja oblikovanja forme i proračuna sinteze i analize planiranih i oportunističkih koraka "bottom-up" i "top-down" pristupa poznatog i nepoznatog Ključna pitanja: Koji skupovi važnih uvjeta će dovesti do koje vrste akcije? Koja od alternativnih strategija i akcija je upotrebljiva i efikasna?


5


NAPREDOVANJE U PROCESU RJEŠAVANJA ZADATKA Metoda točno usmjerenih koraka sastoji se u postavljanju “pitanja samom sebi” na način koji usmjerava k rješenju. Predloženi način mišljenja odvija se u četiri stupnja:

Slika 2: Metoda točno usmjerenih koraka


6


STRUKTURA OPERACIJA U PROCESU KONSTRUIRANJA PROCES KONSTRUIRANJA

3. Temeljne operacije

Tražiti rješenja

Razraditi zadatak

Razgovaranje

Pregledavanje

Učenje

Odrediti kvalitetu površina

Dimenzionirati

Razmotriti način izrade

Priopćiti rješenje

Vrednovati, odlučiti

Eksperimentiranje

Odrediti tolerancije

Razrada

Izbor materijala

Oblikovati

Odrediti konfiguraciju

Projektiranje

Prikazati, npr. grafički

Verificirati, provjeriti

Prirediti informacije

4. Elementarne aktivnosti

Odrediti noisioce parcijalnih funkcija

Koncipiranje

Odrediti načine djelovanja

Ustanoviti efekte (akcije)

Ustanoviti tehnologije

Odrediti operacije

2. Operacije konstruiranja

Planiranje

Ustanoviti funkcije

1. Faze konstruiranja

Vođenje pregovora

Optimiranje

5. Elementarne operacije 01 02 03 04 05

Gledati - opažati Čitati Slušati, interpretirati Mjeriti Zapamtiti, podsjetiti se

11 12 13 14 15 16

Govoriti, objasniti Pisati (izvještaj) Skicirati Crtati Kotirati Izraditi sastavnicu

21 Proračunati 22 Zabilježiti, komentirati 23 Srediti, klasificirati

31 32 33 34 35

Usporediti Kombinirati Analizirati, sintetizirati Apstrahirati, konkretizirati Postaviti analogije, utvrditi suprotnosti 36 Inducirati, deducirati

Slika 3:Struktura operacija u procesu konstruiranja

Prikaz strukture konstrukcijskog procesa može se promatrati na dva načina: kao hijerarhija kompleksnosti u aktivnostima konstrukcijskog procesa gledano po vertikalnoj osi, svi elementi (operacije) iz nižih razina sadržani su u svakom od elemenata iz višim razina kao grupe (blokovi) aktivnosti (gledano po horizontalnoj osi) koji se ciklički ponavljaju do postizanja ciljeva


7


OGRANIČENJA I ODLUKE U PROCESU KONSTRUIRANJA Proces napredovanja od početne specifikacije (definicije zadatka ili problema) do rješenja, odnosno kompletnog skupa informacija o željenom proizvodu može se promatrati kao niz koraka u kojima se izmjenjuju procesi obrade informacija i donošenja odluka. Svaki od koraka može se naznačiti nekom odlukom koja na bilo koji način mijenja stanje unutar skupa informacija o proizvodu. Skup informacija o proizvodu čine svi generirani crteži, modeli, analize, proračuni, tehničke upute, bilješke i prikupljeno znanje tijekom procesa konstruiranja. Prema mogu se razlučiti dva različita gledišta o tome kako proces konstruiranja napreduje po koracima, odnosno od jednog stanja do slijedećeg. Po jednom pristupu, opis proizvoda (konstrukcija) evoluira tijekom kontinuiranog (cikličkog) procesa usporedbe između trenutnog stanja definiranosti skupa informacija o proizvodu i cilja, tj. skupa zahtjeva na konstrukciju definiranih konstrukcijskim zadatkom. Takav pristup implicira točno poznavanje svih zahtjeva na početku rješavanja zadatka kako bi se jasno mogla definirati razlika u odnosu na trenutno stanje definiranosti konstrukcije. Razlika tih dvaju stanja tada kontrolira proces konstruiranja. Međutim, za većinu konstrukcijskih zadataka i/ili problema, takav pristup je previše jednostavan, jer u početku procesa nisu svi zahtjevi precizno definirani, odnosno mogu se u tijeku procesa modificirati, pa ciljno stanje konstrukcije ne može na početku biti potpuno poznato. Po drugom pristupu, na početku rješavanja zahtjevi na konstrukciju ograničavaju skup mogućih rješenja na podskup svih mogućih rješenja. Kako proces konstruiranja napreduje, nova ograničenja se dodaju da bi dalje reducirala moguća rješenja, koja se kontinuirano eliminiraju do jednog konačnog rješenja. Drugim riječima, konstruiranje je sukcesivno razvijanje i primjena ograničenja dok ne preostane samo jedno rješenje. Ograničenja koja se dodaju u tijeku procesa konstruiranja proizlaze iz dva izvora. Jedan od izvora je opće stručno znanje konstruktora kao i znanje iz domene rješavanja zadatka. Kako svaki konstruktor raspolaže različitim znanjem, primjenjivati će i različita ograničenja, pa će svaki riješiti zadatak na svoj, jedinstveni način. Drugi tip ograničenja koja se primjenjuju u tijeku konstrukcijskog procesa proizlazi iz odluka koje se donose u procesu konstruiranja. Odluke definiraju ograničenja i na taj način mogu utjecati na slijedeće odluke u daljnjem tijeku procesa. Može se reći da se većina ograničenja temelji na rezultatima konstrukcijskih odluka. Zbog toga je jedna od esencijalnih osobina konstruktora sposobnost donošenja odluka, ali na temelju dobro razrađenih kriterija, i u trenutku kad raspolaže s dovoljnom količinom informacija.


8


VRSTE ZADATAKA, ODNOSNO KONSTRUKCIJA Prema stupnju određenosti proizvoda zadatke, odnosno vrste konstrukcija možemo prema razvrstati kao: ponovljene - izrada po već gotovoj dokumentaciji uz eventualno prilagođavanje novoj tehnologiji (to je zapravo ponovljena izrada proizvoda) kvantitativno usklađene - kvalitativno ista konstrukcija, ali kvantitativno ponovljena na način da određeni parametri dobivaju nove vrijednosti (često se u literaturi ovaj slučaj naziva parametarska konstrukcija) varijantne - osnovna funkcija i struktura proizvoda ostaju iste, ali se eventualno mijenjaju principi rada pojedinih parcijalnih funkcija prilagodne - osnovna funkcija ostaje ista, ali se uz izmjenu parcijalnih funkcija može mijenjati i struktura nove konstrukcije - izrada na osnovu novih principa rješenja kod istog, promijenjenog ili novog zadatka

D2p

Lp

rotorski paket limova

Slika 4: Primjer parametarske konstrukcije - varijacije promjera i duljine rotorskog paketa limova uzrokuju promjene i mnogih drugih dimenzija


9


MODELIRANJE PROCESA KONSTRUIRANJA Potrebna znanja za konstruiranje mladi inženjer konstruktor uglavnom stječe od starijih i iskusnijih kolega. Učenik oponaša učitelja. Znanje se uglavnom stječe korištenjem uzoraka (špranci) dobrih izvedbi postojećih konstrukcija. Pri tome se od inženjera početnika traži osnovno poznavanje pojedinih elemenata strojeva i konstrukcija, načina njihovog konstrukcijskog oblikovanja, proračun čvrstoće, snage itd. Mladi inženjer odlazi u praksu s više-manje međusobno nepovezanim znanjima iz raznih područja. U praksi se pokazalo da je primjena ovih, nepovezanih znanja, bila na složenijim zadacima prepuštena inicijativi i umješnosti mladog inženjera. Budući da su inicijativa i umješnost pojedinih ljudi vrlo različite, to su se i uspjesi javljali pojedinačno, pa se počelo govoriti o tome kako konstruiranje predstavlja sposobnost s kojom se treba roditi. To je dovelo do toga da je poziv konstruktora postao sve manje zanimljiv, te su se izabirala rješenja kao npr. kupovanje stranih licenci i prevođenje strane dokumentacije. Iz tog je razloga broj originalnih konstruktorskih rješenja relativno malen. Osim toga ne treba smetnuti s uma i činjenice: Potreba za novim konstruktorskim rješenjima neprestano raste Vijek trajanja proizvoda na tržištu je sve kraći, što i dovodi do toga da se neprestano traže nova rješenja Nove tehnologije zahtijevaju nove strojeve, pa time i nove konstrukcije Opseg proizvodnje neprestano raste Razmatranjem svega prethodno navedenog se pojavilo pitanje što je zapravo konstruiranje, mogu li se pronaći zakonitosti konstruktorske djelatnosti, te racionalno opisati propisi i postupci pri konstruiranju. Odgovore na ta pitanja pokušava dati ZNANOST O KONSTRUIRANJU. Znanost o konstruiranju trebala bi dati pouzdanu osnovu za savladavanje konstruktorskih zadataka, morala bi pružiti sliku povezanosti bitnih stvari potrebnih za rješavanje, te kako se istim postupcima mogu rješavati različiti konstruktorski zadaci. Osim toga cilj znanosti o konstruiranju je opisivanje procesa konstruiranja pomoću algoritama kako bi se omogućila upotreba računala u svim fazama konstruiranja. Znanost o konstruiranju mora biti pomoć konstruktorskoj praksi. Praktična primjena znanosti o konstruiranju nazvana je METODIČKO KONSTUIRANJE. Cilj metodičkog konstruiranja je zapravo da se konstruiranje shvati kao proces u kojem se jednakim postupcima mogu rješavati različiti zadaci. Prema tome u metodičkom konstruiranju se govori o postupcima kojima se utvrđuje PROCES KONSTRUIRANJA, o podacima koji su mu potrebni, o načinu korištenja tih podataka da bi se proces konstruiranja razvijao postupno po fazama, te o načinu obrade i povezivanju pojedinih faza kako bi se došlo do odgovarajućih konstruktorskih rješenja.


10


Slika 5: Modeliranja procesa konstruiranja

Proces konstruiranja može se prikazati kroz slijedeće faze: Raščišćavanje zahtjeva je početna faza procesa konstruiranja u kojoj se raščišćavaju problemi koji proizlaze iz radnog zadatka te razradom liste zahtjeva. Koncipiranje predstavlja onaj dio procesa konstruiranja pri kojem se nakon raščišćavanja svih zahtjeva vezanih uz zadatak, definira princip rješenja zadatka traženjem i pronalaženjem odgovarajućih principa rješenja. U fazi koncipiranja konstruktor pronalazi principijelno rješenje zadatka. Pri tome se koristi poznatim fizikalnim principima i traži varijante mogućih rješenja. Tako dobivene varijante rješenja vrednuje prema kriterijima koji su dani u listi zahtjeva. Projektiranje je onaj dio procesa konstruiranja u kojem se nakon raščišćavanja zadatka i koncipiranja, utvrđuje funkcionalno i ekonomsko rješenje zadatka u takvom opsegu da je moguća daljnja konstruktivna razrada. Vrednovanjem dobiveno koncepcijsko rješenje omogućava da se preko projektnih varijacija dođe do prvog cjelovitog projektnog rješenja. Nakon što se iz projektnog rješenja uklone kritična mjesta, pristupa se tehničkom i ekonomskom vrednovanju te se pristupa optimiranju projektnih detalja i razradi tehničke dokumentacija.


11


Konstrukcijska razrada predstavlja posljednju fazu u procesu konstruiranja u kojoj se razrađuje tehnička dokumentacija izabranog najpovoljnijeg projektnog rješenja. Proces konstruiranja se općenito može promatrati kao pretvorba informacija koja započinje prikupljanjem informacija (iz zadatka, literatura, standardi, statistike, eksperimenti, proračuni), nastavlja se preradom tih informacija (analizom, sintezom, kombiniranjem), a završava predajom informacija (crteži, skice, upute).

TOK INFORMACIJA U KONSTRUIRANJU

PRIKUPLJANJE INFORMACIJA

RAZRADA INFORMACIJA

iz formulacije zadatka iz literature (knjige, časopisi, informacije) iz standarda iz proračuna iz eksperimenata

analizom dobivenih informacija sintezom dobivenim razmišljanjem izradom proračuna i eksperimentiranje m

PREDAJA INFORMACIJA

definiranje onog što je rješavano u obliku skica, crteža, uputa, tablica, uputa za montažu

Slika 6: Tok informacija u konstruiranju

U okviru ovih vježbi prikazat će se primjeri aktivnosti inženjera u procesu konstruiranja koristeći postojeće METODE znanosti o konstruiranju. Cilj metoda znanosti o konstruiranju je dati konstruktoru MODEL konstrukcijskog procesa te tako povećati vjerojatnost nastanka uspješnih rješenja. Uspješan model konstrukcijskog procesa trebao bi biti razumljiv i općenit što je više moguće da bi mogao rješavati veći broj različitih problema. Problemi koji se mogu pojaviti u konstruiranju variraju od potpuno novih konstrukcija pa do re-dizajniranja (promjene) postojećih rješenja. Takav model ne smije smanjivati ili sputavati kreativnost svakog konstruktora. Model opisuje konstrukcijski proces korak po korak te je nužno završiti u potpunosti jedan korak prije nego se krene na drugi. Da bi razjasnili metodičku razradu procesa konstruiranja moramo uvesti pojam TEHNIČKOG PROCESA. Tehnički procesi su postupci u kojima se koriste tehnička sredstva (strojevi, aparati, uređaji).


12


U tehničkim procesima se vrši transformiranje (pretvorba): Materijala – osnovna svojstva(kemijski procesi), oblik, dimenzije… Energije – iz jedne vrste u drugu Informacija – oblik, kvaliteta, kvantiteta i mjesto Procesom općenito možemo označiti bilo koju radnju. Možemo ga definirati kao veći broj elementarnih procesa čija je struktura uvjetom i redosljedom operacija (tehnološki tok). Cilj tehničkog procesa je provedba pretvorbe (transformacije) predmeta određenog stanja u željeno stanje. Primjer: Proizvodnja vodena pare – energija goriva u energiju vodene pare Tokarenje – valjani poluproizvod u izradak po crtežu Transport – predmet na mjestu A u predmet na mjestu B Tehničkom procesu prema [Slika 1] pripadaju: Operandi – predmet rada Sustav čovjek-tehnička sredstva kao isporučioci djelovanja Dijelovi procesa–operacije koje ostvaruju transformaciju u radnom procesu Faktori procesa Sporedni ulazi i izlazi

Tehnički proces (TP) Tehnički Ljudi

sustavi (TS) Djelovanja TS

Djelovanja ljudi FAKTORI PROCESA Operand (predmet rada)

Operand (predmet rada)

Tehničkiproces proces(TP) (TP) Tehnički sporedni ulazi

sporedni izlazi

Slika 7: Model tehničkog sustava

Tehnički procesi čine pak osnovu za konstrukciju TEHNIČKIH PROIZVODA koji u tehničkom procesu moraju preuzeti određene funkcije. Tehnički proizvodi se promatraju kao SUSTAVI kod kojih ulazne veličine i izlazne veličine stoje u određenoj zavisnosti. Iz tog se odnosa može odrediti UKUPNA FUNKCIJA svakog tehničkog proizvoda. Što sve pripada promatranom tehničkom sustavu određeno je granicom sustava. Granicom sustava je određena okolina sa kojom je sustav u odnosu koji je definiran ili se može definirati. Katedra za osnove konstruiranja, CADLab

13


Ovakvom je predodžbom moguće definirati odgovarajuće sustave prema trenutnoj potrebi te ih prikazati kao tzv. crne kutije (ulaz, izlaz, ukupna funkcija). Ukupna funkcija se može u većini slučajeva rastaviti na parcijalne funkcije koje predstavljaju parcijalne zadatke unutar ukupnog zadatka. Povezivanjem parcijalnih funkcija u ukupnu funkciju dolazimo da funkcionalne strukture. Primjer: Stroj za pranje rublja Ulaz – materijal (rublje, voda, sredstvo za pranje) Izlaz – materijal (rublje, otpadna voda) Ukupna funkcija – RUBLJE PRATI Parcijalne funkcije: dovesti vodu, dovesti sredstvo za pranje, zagrijavati mješavinu vode i sredstva, pomicati rublje u mješavini, rublje isprati, regulirati cijeli proces Nakon toga se za svaku od parcijalnih funkcija pronalazi rješenje, te međusobnim spajanjem pojedinih rješenja dolazimo do ukupnog rješenja problema. Promotrimo li [Slika 8], vidimo da su na njoj prikazane sve aktivnosti vezane uz konstrukciju tehničkog sustava. Uz pojedine faze u procesu konstruiranja prikazan je i tok informacija u općenitom obliku. Postoji podjela prema četiri osnovne faze konstruiranja koje smo naveli prije (označeno s lijeve strane), unutar kojih je napravljena finija podjela na šest faza sa definiranim ulazima i izlazima iz svake od faza. Bitno je naglasiti da promatrani model nije iskoristiv samo kao cjelina, već se može primijeniti bilo koji njegovi dio za opis konstrukcijskog procesa. To nam omogućuje da kombiniramo intuiciju kojom rješavamo pojedine faze problema sa sistematskim pristupom koji nam nudi prikazani model. U svakom koraku je definiran zatvoreni tok rješavanja problema, traženja alternativa, vrednovanja i odlučivanja.


14


Slika 8: Općeniti model konstrukcijskog procesa (Hubka, Theory of Design Process)


15


ZADATAK 1.: NAPRAVA ZA ZAKIVANJE OBLOGA ČELJUSNIH KOČNICA Veliki broj automehaničarskih radionica ima potrebu za korištenjem naprave za postavljanje zakovica za pričvršćenje kočionih obloga na čeljusti bubanj kočnica. Pretpostavlja se da je potrebno izraditi 5 uređaja (tu je uključena mogućnost daljnje prodaje uređaja i drugim automehaničarskim radionicama). Uređaj za postavljanje zakovica će se koristiti za zakivanje obloga na standardne čeljusti kočnica. Dimenzije, detalji i drugi podaci prikazani su na [Slika 9].

Slika 9: Zahtjevi naručitelja


16


RAŠČIŠĆAVANJE ZADATKA Razrada liste zahtjeva (konstrukcijska specifikacija) Cilj ovog poglavlja je izrada kompletne liste zahtjeva i to na način da se : razradi problem zadatka na način što se želi dobiti prikupljanju informacija o mogućim ograničenjima na konstrukcijski posao Rezultat je moguće prikazati kao dva različita dokumenta: “Konstrukcijska specifikacija” kao dio ugovora između naručitelja i izvršioca “Lista zahtjeva” za vođenje samog konstruktora U mnogim slučajevima, konstruktor će odmah ponuditi odgovor na postavljeni problem. Međutim, najčešće konačno rješenje neće biti pronađeno sve dotle dok se ideje po nekoliko puta ne preispitaju i preprave. Preklapanje poslova je često i trebalo bi se izbjegavati, svugdje gdje je to moguće. Prepoznavanje problema Prepoznavanje problema usmjereno je na proučavanju gdje i kako će se uređaj koristiti, prikupljanju informacija iz drugih izvora koji su u vezi s problemom ili rješenjem, te uspostava kriterija za vrednovanje pomoću kojeg se vrši ocjenjivanje i odabir varijanti. Pronalaženje principa iz poznatih tehničkih rješenja Konstruktoru se preporučuje pregledavanje literatura (knjiga, stručnih časopisa…) sa svrhom pronalaženja sličnih problema i njihovih rješenja te prikupljanju informacija o cijeni koštanja. Takvo proučavanje ne bi smjelo biti “kočnica” za pronalaženjem novih rješenja. Analiza problema Iz stručnih kataloga, dobivene su informacije o ručnim i strojnim uređajima za postavljanje zakovica. Posjetom drugim automehaničarskim radionicama, došlo se do saznanja o tehnologiji kočionih obloga. Ta saznanja i informacije iz kataloga, pomažu konstruktoru na razumijevanju tehničkih principa u tom području. Konstruktor se je do sada upoznao s problemom i napravljeno je nekoliko razgovora s predstavnicima naručitelja, gdje su se upoznali s problemima i teoretskim rješenjima. Cilj takvih razgovora je preispitivanje svih sakupljenih informacija i spoznaja novih razmatranja. Katedra za osnove konstruiranja, CADLab

17


Razmatranje mogućnosti realizacije S dosadašnjim prikupljenim informacijama, potrebno je odlučiti da li je teoretsko rješenje izvedivo isto kao i da li se uređaj može konstruirati i proizvesti unutar zadanih ograničenja (npr. unutar zadanog vremena) i što je jednako važno, da li je ekonomski isplativo. Svaki daljnji rad je moguće izbjegnuti, ukoliko se prikaže da uređaj ilii prikazano rješenje nije izvedivo. Zbog relativno jednostavnog problema, konstruktor sa sigurnošću može ustanoviti da se tehničko rješenje može realizirati. Kompletiranje zahtjeva i postavljanje prioriteta Ovo je posljednja faza u kojoj se mogu uključiti još neki faktori koji mogu utjecati na rješenje, a nisu bili predviđeni do sada. Sve prikupljene izjave potrebno je grupirati kao i odluke, donešene za prioritete koji se odnose na pojedine zahtjeve. Izrada potpune liste zahtjeva Sa svim dosadašnjim prikupljenim informacijama, potrebno je izraditi kompletnu listu zahtjeva s prioritetima u pisanom obliku i korištenjem dijagrama gdje je to potrebno. Iz same liste zahtjeva mora proizlaziti opis problema, točno navesti što bi predloženo rješenje moglo raditi i unutar kojih ograničenja. Početna specifikacija za ovaj dio uključuje dobivenu specifikaciju od naručitelja i informacije prikupljene kroz prethodne točke. Rezultat konstruktorskog posla prikazan je slijedećoj slici. Ova lista podijeljena je na više kategorija kako bi se omogućio daljnji rad konstruktora [Slika 10].


18

Želje

KONSTRUKCIJSKA PROJEKT: Naprava za postavljanje zakovica SPECIFIKACIJA

Zahtjevi


1. Funkcije X

1.1 Zakivanje obloga na čeljusti

2. Uvjeti tehničkog procesa (TP) X

2.1 Čeljust a) Oblik i dimenzije

2.2 Obloga a) Oblik i dimenzije

2.3 Zakovica

φD = 250 - 400 mm B = 80 -100 mm b1 = 6 - 8 mm lmin =10 mm βmax = 150 stupnjeva Smax = 50 mm b) Materijal: AL-legura c) Masa: ~2 kg d) Stanje: čeljust čista, rupe izbušene e) Broj zakovica: 10 - 16 φD = 250 - 400 mm B = 80 -100 mm b2 = 6 - 8 mm b) Materijal: Specialni materijal za obloge, otporan na trošenje c) Masa: 200 g (max) d) Stanje: obloga prešana, rupe izbušene

X

X

a) Oblik i dimenzije prema DIN 7338 b) Masa: nije uvjetovana 2.4 Proces zakivanja (TP) a) Sila zakivanja ~500 N (pokusno određena) b) Radni udarac (dobro zatvaranje) 4 mm c) Kapacitet ~70 zakovica/dan d) 1 čovjek opslužuje

X X X X

3. Radna svojstva 3.1 Radni vijek: 5 godina 3.2 Dobra prenosivost 3.3 Pouzdanost 3.3 Lako održavanje

X X X X

4. Ergonomska svojstva 4.1 Ruka: sila 200N, noga: sila 400N 4.2 Radna visina 4.3 Sigurnost protiv nesrece

X X X

5. Izgled (nema posebnih zahtjeva) 6. Klasifikacija i uskladištenje 6.1 Minimalni volumen naprave zbog uskladištenja

X

7. Isporuka 7.1 Krajnji rok 3 mjeseca (4 max) 8. Troškovi 8.1 Troškovi proizvidnje 4000 Kn

X X

Slika 10: Konstruktorska specifikacija s razrađenom listom zahtjeva Katedra za osnove konstruiranja, CADLab

19


Priprema i planiranje rješavanja problema Glavni cilj “pripreme i planiranja” je planiranje rješavanja problema i njegove organizacije tako da se pokuša predvidjeti kako će se projekt voditi. S konstruktorskog stajališta, potrebno je iz pojedinih koraka napraviti plan koji prati određeni problem, zatim napraviti vremensku tablicu i odrediti krajnje rokove te planirati odmore koji će osigurati napredak. Vremenska tablica za rješavanje problema prikazana je na [Slika 11].

Slika 11: Vremenska tablica za rješavanje problema


20


RAZRADA FUNKCIONALNE STRUKTURE Rješenje zadatka počinje općenito definiranjem osnovne funkcije potrebne za izvođenje tehničkog procesa, koji je proizašao iz liste zahtjeva. U ovom koraku moramo donijeti pet ključnih odluka: Tehnološki principi i tehnologija za transformaciju u tehničkom procesu Udio utjecaja čovjek u odnosu na utjecaj tehničkih sredstava Granice tehničkog sustava Niz operacija kojima je opisan tehnički proces Optimalno grupiranje funkcija Konstruktor bi u idealnom slučaju trebao generirati alternativne opise tehničkog procesa, funkcije itd., te ih u odvojenim postupcima vrednovati i odlučiti se između njih. Ulazni podaci u ovu fazu proizlaze iz liste zahtjeva, dok je izlaz apstraktni prikaz tehničkog sustava. Dokument koji se generira tijekom ove faze je funkcijska struktura. Apstrakcija problema: «Black Box» Cilj pažljivih proučavanja liste zahtjeva te preciziranja ograničenja je u sagledavanju problema koji treba riješiti. Pravilnim sagledavanjem problema prepoznaju se i formuliraju transformacije, u apstraktnom obliku, potrebne da bi “operandi” postigli svoje konačno stanje. Te transformacije sadrže informacije o tehničkom procesu, i o nekim funkcijama tehničkog sustava (TS) koji će se konstruirati. Ishodište za opis sustava može uvijek biti “Black-box”, kako je to u tehnici uobičajeno. Pri tome se u početku ne treba zamarati promjenama koje se dešavaju unutar “Black-Box”-a. Iz toga proizlazi opis ukupne funkcije koju bi sustav morao izvršiti te ulazne i izlazne veličine. Prikaz “Black Box” dijagrama za primjer koji se promatra prikazan je na [Slika 12]: Energija E Materijal M Signal S

Energija E'

Zakivanje obloge na čeljust bubanjske kočnice

Materijal M' Signal S'

E - energija čovjeka M - čeljust kočnice, obloga, zakovice S - informacija o pozicioniranju čeljusti i obloge E' - energija deformiranja zakovice M' - čeljust i obloga spojeni zakovicom S' - informacija o uspješno provedenom zakivanju

Slika 12: “Black Box” dijagram tehničkog procesa Katedra za osnove konstruiranja, CADLab

21


Pronalaženje tehnoloških principa U ovom koraku konstruktor mora razraditi osnovne tehnološke principe koji mogu ostvariti transformaciju koja je opisana “Black Box” dijagramom tehničkog procesa koji se promatra. Potrebno je razraditi nekoliko prikladnih principa te ukoliko je moguće, pronaći optimalne tehnološke principe koji rješavaju postavljeni problem i specifikaciju zahtjeva. Također je potrebno definirati pojedine operacije unutar tehnološkog procesa da bi se ostvarila ukupna funkcija. Tehnologija koja može biti korištena zasniva se na osnovnim fizikalnim principima. Zbog toga bi konstruktor trebao prethodno proučiti svu postojeću literaturu koja je nastala eksperimentalnim i znanstvenim pristupom o promatranom problemu. U ovom slučaju, relativno jednostavna tehnologija rješavanja problema već postoji u obliku niza operacija. Ova tehnologija je opisana na [Slika 13] te je jednostavnija za shvaćanje od “Black Box” prikaza. Možemo ju prihvatiti kao optimalnu.

Slika 13: Tehnološki principi rješenja problema

Definiranje tehničkog procesa U ovom koraku se tehnički proces mora razraditi u detalje. To se ostvaruje uvođenjem operacija potrebnih za transformaciju “operanda”, korištenjem odabranih tehnoloških principa i uvažavanjem prednosti i nedostataka mogućeg tehničkog procesa. Početni dokumenti za ovaj korak su «Black Box» dijagram i skica tehnološkog principa. Polazeći od formuliranog problema (ukupne funkcije), potrebno je potražiti funkcije pomoću kojih se problem može riješiti. Povezivanjem tih funkcija daje funkcionalnu strukturu. Treba nastojati da u ovom koraku broj tih funkcija bude što manje kako bi opis tehničkog procesa bio što jednostavniji. Poželjno je da se sama funkcija izražava pomoću jedne imenice i riječi koja označava radnju, npr. teret DIZATI, svjetlo TROŠITI, energiju PRETVORITI. Kad čovjek djeluje na tehnički proces, funkcija konstrukcije mora dozvoliti i Katedra za osnove konstruiranja, CADLab

22


prihvatiti akciju dovedenu izvana. Opis je tada u obliku koji pokazuje da tehnički sustav mora biti spreman za slanje utjecaja npr. OMOGUĆITI pozicioniranje čeljusti i obloge. Tehnički proces za primjer koji se proučava prikazan je na [Slika 14] te možemo reći da je optimalan za ovaj problem (nema upotrebljivih alternativa). Ovaj model razgrađuje transformaciju operanda, uključujući i sve operacije koje su potrebne za realiziranje promjena nad “operandima” da bi ih spojili: Početna stanje: odvojeni dijelovi čeljusti kočnice, kočničke obloge i zakovice Konačno stanje: zakovicama pričvršćene kočničke obloge na čeljusti kočnice Utjecaji koji su naznačeni na slici mogu biti dovedeni tehničkom procesu i od strane ljudskog operatora, ali i od strane tehničkog sustava.

Slika 14: Tehnički proces

Djelovanje tehničkog sustava na tehnički proces U ovom koraku konstruktor mora odrediti koje utjecaje očekuje od tehničkog sustava ili čovjeka ovisno o zahtjevima postavljenim na tehnički proces. Nakon toga potrebno je raspodijeliti te dužnosti među različitim tehničkim sustavima, podsustavima (naročito ako se tehnički sustav dijeli u manje jedinice) iljudskim operatorima. Ta raspodjela je prilično varijabilna (znači da nam npr. određenu silu može dati čovjek, ali i neki uređaj). Ovdje također treba razlučiti pitanja vezana uz granice tehničkih sustava, te broja potencijalnih sustava. Počevši od tehničkog procesa prikazanog na [Slika 14], određuju se dužnosti tehničkog sustava (ovisno o zahtjevima tehnološkog principa za rješavanje problema prikazanog na [Slika 13]). Katedra za osnove konstruiranja, CADLab

23


Zahtjevi za određivanje utjecaja na tehnički proces koji promatramo, jesu prikazani na [Slika 15]. Vjerojatno je, da ćemo se u ovome slučaju odlučiti za čovjeka kao nositelja navedenih aktivnosti. Osim ovih aktivnosti, analizom liste zahtjeva trebale bi se definirati i zadaće koje se odnose na tehnički sustav, dodavanje zakovica i davanje sile potrebne za zakivanje.

Funkcijska struktura operatora: - Priprema alata - Sklapanje čeljusti i obloge - Umetanje zakovice - Pozicioniranje dijelova u napravu - Upotreba naprave - Micanje spojenih dijelova iz naprave - Zamjena alata za zakivanje

Slika 15: Funkcijska struktura operatora

Parcijalne funkcije Slijedeći korak je grupiranje funkcija na koristan način. U najvećem broju slučajeva biti će potrebno više pojedinačnih (parcijalnih) funkcija da bi se moglo dobiti rješenje. Razmišljanje pomoću parcijalnih funkcija, omogućuje pronalaženje novih i boljih rješenja u odnosu na neko preuranjeno utvrđivanje principa rješenja, te uočiti parcijalni problemi čijem rješavanjem dolazimo do ukupne funkcije tehničkog procesa. Uočeni parcijalni problemi mogu se grupirati po kriterijima količine, kvalitete ili troškova. Prilikom rastavljanja problema na parcijalne funkcije može se ići prema dolje koliko god je potrebno da bi se došlo do rješenja. Isto tako, ne treba ići dalje nego je potrebno, jer se nekad već i na višim razinama nude rješenja kojima se može koristiti. Za primjer koji razmatramo možemo na temelju razmotriti koje parcijalne funkcije su nam potrebne za opisivanje problema. Funkcionalna struktura Rastavljanje opće funkcije na potreban broj parcijalnih funkcija omogućuje dobivanje odgovarajućih principijelnih rješenja. Kombinacije principa pojedinih rješenja omogućuju da se odabere kombinacija radi variranja i traženja Katedra za osnove konstruiranja, CADLab

24


najpovoljnijih rješenja. Varijante konstruktivnog oblikovanja omogućavaju odgovarajuće optimiranje i konačnu razradu izvedbenog rješenja. U ovom koraku konstruktor mora odlučiti koja funkcijska struktura najbolje opisuje problem. To uključuje analizu svih prethodnih koraka u ovom dijelu. Bitno je napomenuti da funkcionalna struktura mora biti građena što jednostavnije, jer je to preduvjet za dobivanje jednostavnog i jeftinog rješenja. Funkcije i njihove relacije se predstavljaju poštujući smjernice općenitog modela funkcionalne strukture.

Slika 16: Funkcijska struktura konstrukcije

Vrednovanje funkcionalne strukture Funkcionalna struktura, koja glavnu funkciju dijeli na parcijalne, može se mijenjati varijacijama parcijalnih funkcija i njihovim različitim povezivanjem. Obzirom na ograničenja koje nam nameće vrijeme koje imama na raspolaganju za konstruiranje, konstruktor može optimirati funkcijsku strukturu i poboljšati je ponavljanjem prethodnih koraka. Vrednovanje se mora provesti po relativno malom broju kriterija, jer se još uvijek nalazimo na visokom stupnju apstrakcije.


25


TRAŽENJE PRINCIPA RJEŠENJA Za parcijalne funkcije definirane funkcionalnom strukturom potrebno je pronaći principe rješenja. Ovako dobiveni principi rješenja mogu biti kombinirani u koncepcijske varijante, od kojih svaka ovako kreirana varijanta mora ispuniti glavnu funkciju. Zahtjev je, da se prije svega pronađu odgovarajući fizikalni principi za izvršenje pojedinih funkcija. Nakon što su pronađeni fizikalni principi, njihova daljnja razrada rezultira principijelnim predodžbama o vrsti i obliku nosioca odgovarajuće funkcije(organa) što se prikazuje pomoću ručnih skica. Definiranjem relacija među pojedinim nosiocima funkcija ne vodi samo prema jednom rješenju već prema većem broju varijanti. Ulazni podaci u ovu fazu proizlaze iz liste zahtjeva i funkcionalne strukture, dok je izlaz apstraktni prikaz tehničkog sustava sa strukturom nositelja pojedinih funkcija. Dokumenti koji se generiraju tijekom ove faze su koncepcijske skice. Određivanje ulaza i izlaza za tehnički sustav U ovom koraku se od konstruktora očekuje da postavi i definira ulazne parametre u tehnički sustav koji su vezani uz moguće načine djelovanja konstrukcija. Također je korisno definirati i izlaz za svaku parcijalnu funkciju što će nam pomoći u pronalaženju odgovarajućih fizikalnih principa koji mogu ispuniti pojedinu parcijalnu funkciju. Morfološka matrica Nakon određivanja parcijalnih funkcija kreira se morfološka matrica u kojoj se parcijalne funkcije postavljaju vertikalno. Horizontalno se daju moguća rješenja pojedine parcijalne funkcije (fizikalni principi), odnosno definiraju se nosioci parcijalnih funkcija(organi). Nosioci funkcija su tehnički sustavi koji svojim djelovanjem ostvaruju traženu funkciju. Konstruktor mora pronaći moguće nosioce funkcija (organe) za funkcije tehničkog sustava (TS), uz zanemarivanje veličine i ostalih detalja konstrukcije. Traži se više mogućih nositelja konstrukcije od kojih će jedan dati odgovor na postavljeni problem. Pri tome nam na raspolaganju stoji veliki broj mogućih načina djelovanja, te shodno tome i veli broj različitih nosioca funkcija. Ako se krene od prikaza funkcionalne strukture na [Slika 16] rezultirajuća morfološka matrica može izgledati kao na [Slika 17]. U prvom stupcu dan je popis svih funkcija iz funkcijske strukture. Za svaku od tih funkcija prikazani su akcijski principi i moguća rješenja na različitom nivou prikaza.


26


Slika 17: Morfološka matrica


27


Kombiniranje nositelja funkcija i određivanje njihovih veza Konstruktor traži moguće varijante rješenja kombiniranjem pojedinih nosioca funkcija. Svaka kombinacija daje moguću osnovu za anatomsku strukturu. Prilikom trženja varijanti potrebno je obratiti pažnju na mogućnost slaganja pojedinih nositelja funkcija, svojstva pojedinog nositelja. To dovodi do odbacivanja neprikladnih principa ili elemenata rješenja te izbjegavanja povezivanja principa i elemenata koje nije moguće međusobno spregnuti. Pronalaženje mogućih varijanti rješenja Nakon što smo odbacili potpuno neupotrebljiva rješenja preostalo je razraditii moguća rješenja što rezultira koncepcijskim skicama rješenja. Na slikama [Slika 18, Slika 19] prikazana su brojna moguća koncepcijska rješenja zadanog problema koja su pronađena. Neka od njih mogu biti prilično loša, ali to ne umanjuje značaj ovog koraka. Zato koncepcijska skica mora biti s vrlo malo ili čak potpuno bez detalja. Svako od koncepcijskih rješenja moge se variratii unutar svojih ograničenja.


28


Slika 18: Koncepcijske skice 1-4


29


Slika 19: Koncepcijske skice 5-8


30


Vrednovanje mogućih varijanti rješenja Prilikom ove aktivnosti cilj je pronalaženje optimalnog koncepta, provjerom, vrednovanjem, poboljšavanjem predviđenih koncepata. Prilikom sagledavanja problema potrebno je obratiti pažnju na rješenja koja su u potpunosti u skladu sa zadatkom (problemom), koja ispunjavaju listu zahtjeva, te ona za koja procjenjujemo da će biti unutar zadanih troškova. Za ovaj primjer postoji mogućnosti vrednovanja sa dodjeljivanjem bodova po pojedinom kriteriju uz to da idealno rješenje bodujemo sa 4 boda. Ako napravimo tablicu sa kriterijima te bodovima za svaku od ponuđenih varijanti, zbrojem bodova možemo dobiti relativni odnos za svaku varijantu u odnosu na idealnu. Rezultat ovakvog vrednovanja prikazan je u [Tablica 1]. Prema teblici je vidljivo da između varijanti 4,5 i 8 nema velike razlike, što znači da ta tri koncepta možemo uzetii kao osnovu za iduće faze, uz naravno stalno potrebno traženje poboljšanja. Tablica 1: Vrednovanje koncepcisjkih varijanti

Najpovoljnija varijanta rješenja Idealno gledano, sada je potrebno donijeti odluku koja je od varijanti najbolja tj. odabrati varijantu na temelju konstrukcijskih specifikacija i rezultata prethodnog rada.


31


IZRADA GRUBIH SKICA ZA NAJPOVOLJNIJU VARIJANTU RJEŠENJA U ovom poglavlju, potrebno je izraditi prvu grubu skicu strukture tehničkog sistema. Ona je obično sastavljena od skice oblika, grubih tehničkih crteža i opisa najvažnijih konstrukcijskih elemenata i načina obrade. Orijentacijski preduvjeti za određivanje oblika Konstruktor sada određuje koji će dio tehničkog sistema prvo nacrtati tj. od kuda će krenuti razvijati kompletni tehnički sistem. Taj se korak još naziva pronalaženje početne točke. Pritom je važno imati na umu da se koriste skice, približno u mjerilu i to u ortogonalnoj projekciji. Dodatne informacije, potrebno je potražiti u tablici s ergonomskim podacima i jednostavnim eksperimentima koji se vrše na drvenim modelima za simuliranje umetanja kočionih čeljusti. Prema odabranim varijantama (varijante 4,5 i 8), dane su sljedeće informacije koje pomažu pri određivanju početne točke: Radni udarac i slobodno kretanje za glavu zakovice [Slika 20] Prostor za namještanje za moguće pozicioniranje kočnih čeljusti Proizvodnja i prijenos sile za zakivanje, korisnika

koja je upravljana od strane

Dovoljno prostora za rad (kao i potrebnu visinu), za pristup prostoru za zakivanje kao i za samo pokretanje mehanizma

Slika 20: Orijentacijski preduvjeti za definiranje oblika

Definiranje grubog oblika i dimenzija Potrebno je da konstruktor razmisli o geometriji dijelova i njihovoj međusobnoj povezanosti, tako da uspostavi dimenzije ali samo tamo gdje je to potrebno, kako bi moglo doći do spajanja svih dijelova. Također, mora se voditi računa o tome da se koriste standardni dijelovi ili prije napravljeni dijelovi za neke druge uređaje, jer pritom dolazi do smanjenja ukupne cijene. Katedra za osnove konstruiranja, CADLab

32


Određivanje materijala, tolerancija i kvalitete obrade površina U ovom koraku, potrebno je donijeti odluku u pogledu oblika za tehnički sistem. Definiranje oblika, bez obzira da li je to grubo, detaljno ili konačno, zahtjeva od konstruktora određivanje nekoliko konstrukcijskih svojstva, kao što su materijali, tolerancije, kvalitete obrade površina itd. Među tim svojstvima tehničkog sistema također postoji i međuovisnost, zbog čega je potrebno napraviti i nekoliko iteracija prije definiranja konačnih svojstva. Takve se iteracije odvijaju na sljedeći način: Definiranje početnih uvjeta, npr. neke približne dimenzije Izrada proračuna zasnovanog na početnim uvjetima (a), ali koristeći vrijednosti koje odgovaraju stvarnim veličinama (npr. čvrstoća odabranog materijala) Dobivene nove vrijednosti ili dimenzije, koristiti kao nove početne pretpostavke i iteracija se ponavlja (b) Rezultat iteracije omogućuje konstruktoru da odluči da li mu odgovarajuće rješenje zadovoljava ili je potrebno napraviti još jednu iteraciju. Naprava za postavljanje zakovica je dosta jednostavna, tako da nije potrebna korekcija početnih uvjeta, zbog čega se grubo definiranje oblika može završiti u jednom prolazu. Pronalaženje kritičnih područja oblika Za predloženi tehnički sistem, potrebno je provjeriti da li na obliku postoje kritična područja te ukoliko postoje dati različite varijante tih kritičnih područja. Ovaj jednostavni tehnički sistem, ne zahtjeva posebnu provjeru kritičnih oblika, osim možda geometrije za žig koji vrši zatvaranje zakovice ukoliko je i on dio koji treba razraditi u tehničkom sistemu. Razrada tog dijela može se izbjeći tako da se koristi već gotovi žig. Crtanje grubih skica Cjelokupno dosadašnje znanje stečeno kroz prethodne točke kao i sve prikupljene informacije, konstruktor mora sada iskoristiti za skiciranje varijanti tehničkog sistema. Rezultat cjelokupnog posla kroz sve točke, predstavljen je na [Slika 21]. Ovii crteži, nacrtani grubo u mjerilu, jesu konkretniji rezultat nastavaka traženja konačnog rješenja.


33


Slika 21: Varijante grubih skica Katedra za osnove konstruiranja, CADLab

34


Vrednovanje grubih skica Konstruktor sada mora odabrati najpovoljniju varijantu, a vrednovanje grubih skica prikazano je u [Tablica 2]. Tablica 2: Vrednovanje varijanti grubih skica

Varijanta 2 je ocjenjena kao najlošija i zbog toga se neće razmatrati u daljnjim točkama. Najpovoljnija gruba skica Rezultat konstrukcijskog posla, vidljiv je u odabiru jedne najpovoljnije grube skice koju je dobro skicirati u mjerilu


35


IZRADA DETALJNE SKICE Svrha ovog poglavlja je određivanje konačnog oblika uređaja, podrazumijeva prilično točan opis svih konstrukcijskih elemenata.

što

Proračun Potrebno je napraviti sve nužne proračune (za naprezanje, čvrstoću itd.), a koji nisu napravljeni u prethodnim koracima. S dobivenim rezultatima proračuna, treba preispitati i provjeriti sve odluke koje su donijete a imaju veze s određivanjem dimenzija. Konačna analiza pozicija Za svaki element konstrukcije potrebno je provesti dodatnu kontrolu i potpuno odrediti njegov oblik, te nakon toga odrediti sve važne dimenzije i kritične veličine. Konačno određivanje materijala, tolerancija i kvalitete obrade Za cijelu konstrukciju i za sve njezine elemente, potrebno je odrediti dodatne informacije vezane uz pripremu detaljne skice, uključujući odabir materijala, tolerancija i kvalitete obrada površina. Optimiziranje kritičnih područja oblika Dodatno razmatranje koje je potrebno provesti, odnosi se na pronalaženju poprečnih sila, sila trenja, momenata i mogućnosti zaglavljenja u elementima za vođenje. Crtanje detaljne skice u mjerilu U ovoj točci, potrebno je nacrtati i opisati tehnički sustav tako da se koristi prethodno određene konstrukcijske karakteristike. Detaljne skice prikazane su na [Slika 22, Slika 23].


36


Slika 22: Detaljna skica 1


37


Slika 23: Detaljna skica 2

Prikazane detaljne skice razlikuju se od grubih skica ne samo od točnije razrade nego i zbog promjena koje su nastale kasnijom analizom konstrukcijskih karakteristika. Tako npr. na prvoj detaljnoj skici tijelo naprave nije izrađeno u zavarenoj izvedbi (kako je bilo prikazano koncepcijskom varijantom 1) nego je iz jednog komada. Uzrok tome je što su elementi relativno mali. Takve promjene, iz grubih skica do detaljnih skica, moguće su između pojedinih varijanti i moraju se posebno konstruirati za svaku varijantu.


38


Analiza i vrednovanje detaljnih skica Konstruktor mora izvršiti vrednovanje detaljnih skica i donijeti odluku o najpovoljnijoj detaljnoj skici, uzevši u obzir sve kriterije koji su navedeni u konstrukcijskoj dokumentaciji, svim popratnim dokumentacijama, procijenjenim troškovima itd. Rezultati analize prikazani su u [Tablica 3]. Tablica 3: Vrednovanje varijanti detaljnih skica

Konačna detaljna skica Iz analize se vidi da je detaljna varijanta 2 ocjenjena kao najpovoljnija s obzirom na zahtjeve. Odobravanje rješenja i odluka o razradi Normalna praksa je da se napravi cjelokupni pregled svega što je učinjeno, prije nego što se nastavi sa poslom. Sve do sada, potrošena je određena količina novaca na proučavanje problema i traženja rješenja. Međutim, cijena posla znatno se povećava u sljedećim koracima. Zbog toga, dobro je napraviti procjenu proizvodnje i tekućih troškova na osnovi informacija koje se imaju. Također je dobro donijeti ekonomsku odluku o nastavljanju projekta.


39


IZRADA TEHNIČKE DOKUMENTACIJE Zadnji korak u konstrukcijskom procesu, je osiguravanje kompletne potrebne dokumentacije za proizvodnju (barem za prototip, ukoliko se planira proizvodnja velikog broja tehničkog sistema). Ta se dokumentacija kompletira s dokumentima o konstrukcijskim odlukama i odobrenim pregledima, čime se osiguravaju potrebne informacije o proizvodu za druge odjele u poduzeću (npr. prodaji, marketingu itd.). Razrada i dimenzioniranje konačnih oblika Potvrđivanje liste materijala, tolerancija i kvalitete obrade površina Izrada radioničkih i sklopnih crteža Kontrola crteža U nekom trenutku procesa izrade tehničke dokumentacije, nameće se nemogućnost bilo kojih konstrukcijskih promjena kako bi se izbjegao dodatnii trošak za izrade promijenjenih elemenata koji su već proizvedeni. Ako se tehnički sistem proizvodi kao prototip, prilika za mijenjanje elemenata je moguća tek u sljedećem “re-dizajnu” , a prije nego što se tehnički sistem proizvede za prodaju. Naš tehnički sistem namijenjen je maloj proizvodnji te zbog toga će se svi njegovi dijelovi izraditi odjednom. Ukoliko se predosjeća veća prodaja, sve promjene su moguće između interne serije (“unutar kuće”) i serije “zaprodaju”. Predstavljanje dovršenog tehničkog sistema Sva potrebna dokumentacija i informacije za proizvodnju sada postoji. Ukoliko se uređaj sprema za tržište, odjel marketinga može krenuti s pripremanjem proizvoda.


40


ZADATAK 2: NAPRAVA ZA BUŠENJE Prikazani izradak je sastavni dio regulacijskog uređaja koji predstavlja novo razvijeni proizvod. Za serijsku izradu prikazanog strojnog dijela potrebno je izraditi napravu kojom će se moći bušiti 48 uvrta promjera 4 mm, dubine 10 mm. U napravu se stavlja gotovo obrađen dio čije su kvalitete i dimenzije dane tehničkim crtežom, a u napravi je potrebno izvršiti samo bušenje. Potreba za dijelovima je 300 komada godišnje, kroz razdoblje od 5 godina. Budući da broj dijelova koje treba ukupno izraditi nije jako velik, naprava mora biti jednostavna i jeftina. Treba je oblikovati za izradu u vlastitoj radionici opremljenoj tokarilicom, glodalicom, brusilicom, blanjalicom i bušilicom. Pri konstrukcijskom oblikovanju naprave rabiti što je moguće više normiranih strojnih dijelova pa i sklopova, ako je moguće. Za izradu naprave koristiti materijale s vlastitog skladišta (sve vrste poluproizvoda različite kvalitete, kao što su konstrukcijski čelici, materijali za cementiranje i poboljšavanje) Bušenje treba izvesti na stupnoj bušilici, a naprava mora osigurati točan položaj uzratka pri bušenju, zakretanju i naginjanju. Rad bušenja na napravi mora obavljati priučena radna snaga. Pri upinjanju i bušenju ne smije nastupiti oštećenje na prethodno obrađenim površinama strojnog dijela. Napravu treba projektirati, razraditi i izraditi, a to znači da se ne može rabiti standardna naprava za bušenje.


41


Stupna bušilica


42


UKUPNA FUNKCIJA M

M'

Naprava za bušenje radijalnih uvrta na kuglastom obradjenom izratku

E S

E' S'

PODJELA NA PARCIJALNE FUNKCIJE (Iznalaženje i utvrđivanje funkcionalne structure zadatka)

KONSTR. ZADATAK

PF1

PF2

PF3

KONSTR. RJEŠENJE

PF4

PPF 1

Legenda:

OV1

PPF 2

OV2

PPF 3

OV3

OV4

PPF 4

PF – parcijalna funkcija PPF – princip parcijalne funkcije (princip rješenja) OV – optimalna varijanta

PF1 – ulaganje, fiksiranje, učvršćivanje, otpuštanje, vađenje izratka PF2 – otpuštanje uređaja za kružnu podjelu, okretanje uređaja za upinjanje izratka (15 x 22.5o), fiksiranje uređaja za kružnu podjelu PF3 – otpuštanje uređaja za nagibnu podjelu, nagibanje uređaja za upinjanje izratka (obostrano 15o), fiksiranje uređaja za nagibnu podjelu PF4 – vođenje alata (svrdla) za bušenje


43


U fazi koncipiranja slijedi: RAZRADA PARCIJALNIH FUNKCIJA = PRONALAŽENJE PRINCIPA RJEŠENJA (najčešće nekoliko) = VREDNOVANJE = OPTIMALNO UKUPNO RJEŠENJE (suma parcijalnih kompromisnih rješenja, a ne suma parcijalnih optimuma)

RAZVIJANJE PRINCIPA RJEŠENJA Poopćenje problema (apstrakcija) provodi se radi isticanja I uočavanja bitnog u zadatku. Principijelno rješenje PF1 (apstrakcija PF1) 1. Načini realizacije sile za učvršćenje V 1.1

mehanička sila

V1.2

hidraulička sila

V1.3

pneumatska sila

V1.4

elektromagnetska sila

Kriteriji vrednovanja: K1

funkcija (izvršenje)

K2

jednostavnost konstrukcije

K3

jednostavnost izrade

K4

jednostavnost posluživanja

K5

sigurnost, trajnost, održavanje

KRITERIJI

V1.1

V1.2

V1.3

V1.4

K1

4

4

4

4

K2

4

2

2

2

K3

4

3

3

2

K4

3

4

4

4

K5

4

3

2

3

Σ

19

16

15

15

Konkretizacija = V1.1 mehanički način učvršćenja Katedra za osnove konstruiranja, CADLab

44


2. Mogući načini učvršćenja I fiksiranja (princip)

V2.1

V2.2

V2.3

Kriterij ivrednovanja: K1

samo funkcija (mogućnost izvedbe)

KRITERIJI

V2.1

V2.2

V2.3

K1

moguća

moguća

nije moguća (bušenje po obodu)

RAZVIJANJE RJEŠENJA IZ PRINCIPA Treba koristiti ideja iz poznatih rješenja primjenjivih u konstrukciji I izradi različitih naprava. 3. Upinjanje izratka (fiksiranje + učvršćivanje) a. Za princip varijante V2.1

V3.1a

V3.2a


V3.3a

V3.4a

45


b. Za princip varijante V2.2

V3.1b

V3.2b

V3.3b


nalijeganje na vodeću površinu (radijalno I aksijalno)

K2

upinjanje izratka

K3

jednostavnost konstrukcije i izrade

K4

posluživanje

K5

održavanje

K6

neoštećivanje izratka

KRITERIJI

V3.1a

V3.2a

V3.3a

V3.4a

V3.1b

V3.2b

V3.3b

K1

4

4

3

4

3

3

3

K2

4

4

1

4

4

4

4

K3

3

3

4

4

2

2

2

K4

4

4

1

3

3

3

4

K5

3

4

1

4

4

4

3

K6

4

4

1

4

4

4

4

Σ

22

23

11

22

20

20

20

Konkretizacija = V3.2a razrezana posložna pločica matica se ne skida osovina slobodna s lijeve strane (moguće zakretanje i dioba)


46


Principijelno rješenje PF2 (apstrakcija PF2) Treba riješiti: 1. okretanje oko uzdužne osi (uređaja za upinjanje) 2. kružna dioba 3. fiksiranje uređaja za upinjanje Ad 1 i 2:

Ad 3: Fiksiranje položaja principijelno je moguće: oblikom – bolje rješenje jednostavnosti posluživanja

zbog

sigurnosti,

točnosti

i

silom

V3.1 Katedra za osnove konstruiranja, CADLab

V3.2

47


V3.3

V3.5

V3.4

V3.6

V3.7

Varijante V3.1, V3.2, V3.3 i V3.4 – za posluživanje su potrebne obje ruke Varijante V3.5, V3.6 i V3.7 – za posluživanje dovoljna jedna ruka


okretanje

K2

fiksiranje (funkcija)

K3

jednostavnost konstrukcije i izrade

K4

posluživanje

K5

održavanje


48


Konkretizacija PF2 + PF1

Za daljnju konkretizaciju obiju parcijalnih funkcija treba riješiti probleme oblikovanja pojedinih elementa (strojnih dijelova).


49


Principijelno rješenje PF3 (apstrakcija PF3) Treba riješiti: 1. nagibanje oko poprečne osi (radijalno) uređaja za upinjanje, kružnu diobu I fiksiranje 2. obostrani nagib za 15o 3. fiksiranje uređaja Rješenja parcijalne funkcije 3 (PF3) treba tražiti na bazi istih principa kao kod parcijalne funkcije 2 (PF2). Treba rabiti isti normirani uređaj za pozicioniranje položaja s oprugom i zatikom. Principijelno rješenje PF4(apstrakcija PF4) Vođenje alata = standardna vodilica za svrdla (vođica)


50


Konkretizacija PF1 + PF2 + PF3 + PF4


51



52

VJEZBE

Recommend Documents